DE19721660A1 - Generator for creating high frequency (HF), low noise signal - Google Patents
Generator for creating high frequency (HF), low noise signalInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Generator zur Erzeugung eines rauscharmen Signals hoher Frequenz.The invention relates to a generator for generating a low-frequency signal of high frequency.
In Funksystemen mit Mikrowellen werden Trägerfrequenzen im Bereich von 10 GHz und mehr benötigt. Solche Funksysteme werden beispielsweise zur Ergänzung von fest verkabelten Teilnehmeranschlüssen als sogenannte WLL (= Wireless Local Loop) angewendet. Diese Systeme sind geeignet, Kunden schnell, flexibel und zu geringen Kosten mit neuen Kommunikationsdiensten zu versorgen.In radio systems with microwaves, carrier frequencies in the Range of 10 GHz and more is required. Such radio systems are used, for example, to supplement hard-wired Subscriber connections as so-called WLL (= Wireless Local Loop) applied. These systems are suitable, customers fast, flexible and at low cost with new ones To provide communication services.
Zur Erzeugung von Trägern hoher Frequenz sind bereits verschiedene Lösungen bekanntgeworden. So ist beispielsweise das Einrasten eines Fabry-Perot-Lasers auf ein injiziertes Seitenband aus L. Goldberg, A.M. Yurek, H.F. Taylor, and J.F. Weller, "35 GHz microwave signal generation with an injection-locked laser diode", Electron. Lett., vol. 21, pp. 630631, 1985 bekanntgeworden. Auch ein hochfrequenzgetriebener Zweimoden-Laser mit verteilter Rückkopplung wurde in D. Wake, C.R. Lima, and P.A. Davies, "Optical generation of millimeter-wave signals for fiber-radio systems using a dual-mode DFB semiconductor laser", IEEE Trans. Microwave Theory and Techn., vol. 43, pp. 2270-2276, 1995 beschrieben. Ferner ist ein optisch gefiltertes Moden-Einrasten von Laserdioden aus D. Novak, Z. Ahmed, R.B. Waterhouse, and R.S. Tucker, "Signal generation using pulsed semiconductor lasers for application in millimeter-wave wireless links", IEEE Trans. Microwave Theory and Techn., vol. 43, pp. 2257-2262, 1995 bekannt.To generate carriers of high frequency are already various solutions have become known. For example snapping a Fabry-Perot laser onto an injected one Sideband from L. Goldberg, A.M. Yurek, H.F. Taylor, and J.F. Weller, "35 GHz microwave signal generation with an injection-locked laser diode ", Electron. Lett., vol. 21, pp. 630631, 1985. Also a high frequency driven dual mode laser with distributed Feedback was published in D. Wake, C.R. Lima, and P.A. Davies, "Optical generation of millimeter-wave signals for fiber-radio systems using a dual-mode DFB semiconductor laser ", IEEE Trans. Microwave Theory and Techn., vol. 43, pp. 2270-2276, 1995. Furthermore, one is optical filtered mode locking of laser diodes from D. Novak, Z. Ahmed, R.B. Waterhouse, and R.S. Tucker, "Signal Generation using pulsed semiconductor lasers for application in millimeter-wave wireless links ", IEEE Trans. Microwave Theory and Techn., Vol. 43, pp. 2257-2262, 1995.
Außerdem wurde die Überlagerung von zwei unabhängigen Laser-Linien in D. Trommer, R. Kaiser, R. Stenzel, H. Heidrich, "Multi-Purpose Laser/Combiner PIC Based in InP", Proc ECOC ′95, paper Mo.B.4.2, pp. 83-86, 1995 beschrieben.In addition, the overlay was made by two independent Laser lines in D. Trommer, R. Kaiser, R. Stenzel, H. Heidrich, "Multi-Purpose Laser / Combiner PIC Based in InP", Proc ECOC ′95, paper Mo.B.4.2, pp. 83-86, 1995.
Die bekannten Verfahren besitzen verschiedene Nachteile. Sie benötigen entweder zusätzlich elektrische Mikrowelleneinstrahlung oder rauschen zu stark für die Anwendung in Funksystemen. Eine kontinuierliche Durchstimmung der erzeugten optischen Mikrowellenfrequenzen ist nur beim Gegenstand der letztgenannten Veröffentlichung möglich, dafür ist aber das Rauschen bei diesem Verfahren sehr stark.The known methods have various disadvantages. she either need additional electrical Microwave radiation or noise too much for that Use in radio systems. A continuous one Tuning the generated optical microwave frequencies is only the subject of the latter publication possible, but the noise is with this method very strong.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Generator anzugeben, der mit möglichst geringem Aufwand einen Träger oder ein sonstiges Signal hoher Frequenz erzeugt, das weitgehend rauscharm ist.The object of the present invention is therefore a Specify generator with the least possible effort a carrier or other high frequency signal generated, which is largely low noise.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein einwelliger erster Laser über eine optische Einwegleitung mit einem zweiten Laser derart verbunden ist, daß vom ersten Laser erzeugtes Licht dem zweiten Laser injiziert wird, und daß die Differenz der Frequenzen der Laser und die Intensität des injizierten Lichts derart gewählt werden, daß der zweite Laser nicht auf die freilaufende Frequenz des ersten Lasers einrastet. Die Frequenz des zu erzeugenden Signals entspricht dann etwa der Differenz der Frequenzen der Laser. This object is achieved in that a single-wave first laser via an optical one-way line is connected to a second laser such that the first Laser generated light is injected into the second laser, and that the difference in the frequencies of the lasers and the Intensity of the injected light can be chosen such that the second laser does not tune to the freewheeling frequency of the first laser clicks into place. The frequency of the to be generated The signal then corresponds approximately to the difference in frequencies the laser.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Generators besteht darin, daß der erste Laser ein Laser mit externem Resonator (ECL = External Cavity Laser) ist. Dadurch ist eine gute Durchstimmbarkeit der erzeugten Frequenz möglich. Für Anwendungen, bei denen eine solche Durchstimmbarkeit, insbesondere ein größerer Abstimmbereich, nicht erforderlich ist, ist jedoch im Rahmen der Erfindung als erster Laser auch ein anderer Laser geeignet, beispielsweise ein Laser mit verteilter Rückkopplung.An advantageous embodiment of the invention Generator is that the first laser is a laser with external resonator (ECL = External Cavity Laser). This ensures good tuning of the generated Frequency possible. For applications where such Tunability, especially a larger tuning range, is not required, but is within the scope of the invention another laser suitable as the first laser, for example a laser with distributed feedback.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Generators besteht darin, daß der zweite Laser ein Laser mit verteilter Rückkopplung (DFB = Distributed Feedback) ist.Another advantageous embodiment of the generator according to the invention is that the second Laser is a distributed feedback laser (DFB = Distributed Feedback).
Zur Erzeugung einer Trägerfrequenz für Mikrowellen-Funksysteme ist bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Generators vorgesehen, daß an dem Ausgang des zweiten Lasers ein photoelektrischer Wandler angeschlossen ist, wobei vorzugsweise der Ausgang des zweiten Lasers und der Eingang des photoelektrischen Wandlers über eine optische Einwegleitung verbunden sind.To generate a carrier frequency for Microwave radio systems is in a training of Generator provided according to the invention that at the output the second laser is a photoelectric converter is connected, preferably the output of the second laser and the input of the photoelectric Transducer are connected via an optical one-way line.
Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Generators kann die Modulation des Trägers auf der elektrischen Ebene erfolgen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, daß dem photoelektrischen Wandler ein optischer Modulator vorgeschaltet ist. Damit ist es möglich, das bereits modulierte Mikrowellensignal mit Lichtwellenleiter über große Strecken verlustarm zu transportieren und erst am Ort der Abstrahlung in ein elektrisches Signal umzuwandeln.In this embodiment of the generator according to the invention can modulate the carrier at the electrical level respectively. However, it can also be provided that the photoelectric converter an optical modulator is connected upstream. So it is possible that already modulated microwave signal with fiber optic over Large distances to be transported with little loss and only on site convert the radiation into an electrical signal.
Ein weiteres Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Generators ist die Erzeugung von extrem hochfrequenten zu modulierenden Signalen, die optisch übertragen werden. Dazu kann der erfindungsgemäße Generator derart ausgebildet sein, daß der erste Laser mit einer der Frequenz des Signals entsprechenden Frequenz moduliert ist, daß der zweite Laser auf ein durch die Modulation gegebenes Seitenband einrastet und daß das Ausgangssignal des zweiten Lasers mit einem digitalen Modulationssignal modulierbar ist, dessen Takt der Frequenz entspricht, mit welcher der erste Laser moduliert ist. Das Ausgangssignal des zweiten Lasers ist somit synchronisiert mit der Frequenz, mit welcher der erste Laser moduliert ist. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß das modulierte Ausgangssignal des zweiten Lasers einer optischen Übertragungseinrichtung zuführbar ist.Another application of the invention Generator is generating extremely high frequency too modulating signals that are optically transmitted. To the generator according to the invention can be designed such that the first laser with a frequency of the signal corresponding frequency is modulated that the second laser snaps onto a side band given by the modulation and that the output signal of the second laser with a digital modulation signal can be modulated, the clock of which Frequency corresponds with which the first laser modulates is. The output signal of the second laser is thus synchronized with the frequency with which the first laser is modulated. It is preferably provided that the modulated output signal of the second laser of an optical Transmission device can be fed.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann eine Modulation des zu erzeugenden Signals dadurch erfolgen, daß das Ausgangssignal des ersten Lasers mit einem zugeführten Signal moduliert wird, so daß auch das zu erzeugende Signal mit dem zugeführten Signal moduliert ist. Die Modulation des Ausgangssignals des ersten Lasers kann auch zusätzlich zur Modulation mit einer einzelnen Seitenbandfrequenz erfolgen.According to another embodiment of the invention, a The signal to be generated is modulated in that the output signal of the first laser with a supplied Signal is modulated so that the signal to be generated is modulated with the supplied signal. The modulation of the Output signal of the first laser can also be in addition to Modulation is done with a single sideband frequency.
Diese Ausgestaltung kann derart ausgebildet sein, daß der erste Laser direkt moduliert wird oder daß zur Modulation ein externer optischer Modulator vorgesehen ist. Die Modulation kann sowohl mit analogen als auch mit digitalen Signalen erfolgen.This configuration can be designed such that the first laser is modulated directly or that for modulation an external optical modulator is provided. The Modulation can be done with both analog and digital Signals occur.
Alternativ kann zur Erzeugung von extrem hochfrequenten optischen Signalen vorgesehen sein, daß das Ausgangssignal des zweiten Lasers einem optischen Modulator und einem Taktgenerator für ein digitales Modulationssignal für den optischen Modulator zuführbar ist.Alternatively, it can be used to generate extremely high frequencies optical signals that the output signal of the second laser, an optical modulator and one Clock generator for a digital modulation signal for the optical modulator can be fed.
Die Erfindung nutzt in vorteilhafter Weise eine Eigenschaft des zweiten Lasers aus, nämlich die Erzeugung einer weiteren Frequenz außer einer etwa der Eigenfrequenz des zweiten Lasers entsprechenden Frequenz. Diese weitere Frequenz entsteht dann, wenn die Differenzfrequenz der beiden Laser größer als der Einrastbereich (Locking-Bereich) gewählt wird. Die Ursache dafür ist eine Änderung (Ziehen) der mittleren optischen Frequenz des Feldes des zweiten Lasers durch Injektion. Sowohl für positive als auch für negative Frequenzdifferenzen können Oszillationsfrequenzen des Ausgangssignals des zweiten Lasers von 7 GHz bis über 2 THz auftreten. Bei einer praktischen Anwendung werden jedoch nur Frequenzen bis 45 GHz gemessen bedingt durch die Bandbreite eines angeschlossenen photoelektrischen Wandlers. Die Linienbreite an den (-3dB)-Punkten liegt unterhalb von 100 kHz bei Verwendung eines ECL als erstem Laser. Mit Hilfe eines Interferometers und der Erzeugung der zweiten Harmonischen (SHG) wurden Frequenzen bis zu 2 THz gemessen, die einen Modulationsindex von 90% hatten.The invention advantageously uses a property of the second laser, namely the generation of another Frequency other than about the natural frequency of the second Laser's corresponding frequency. This further frequency arises when the difference frequency of the two lasers selected larger than the locking range becomes. The reason for this is a change (pulling) of the average optical frequency of the field of the second laser by injection. For both positive and negative Frequency differences can oscillation frequencies of Output signal of the second laser from 7 GHz to over 2 THz occur. In a practical application, however, only Frequencies up to 45 GHz measured due to the bandwidth of a connected photoelectric converter. The Line width at the (-3dB) points is below 100 kHz when using an ECL as the first laser. With help one interferometer and generating the second Harmonics (SHG) frequencies up to 2 THz were measured, that had a modulation index of 90%.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:Embodiments of the invention are in the drawing represented with several figures and in the following Description explained in more detail. It shows:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel, das zur Erzeugung eines Mikrowellenträgers ausgelegt ist, Fig. 1 shows an embodiment, which is designed for generating a microwave carrier,
Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Erzeugung eines Mikrowellenträgers, Fig. 2 shows another embodiment for generating a microwave carrier,
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel zur Erzeugung eines hochfrequenten optischen Signals, Fig. 3 shows an embodiment for generating a high-frequency optical signal,
Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Erzeugung eines hochfrequenten optischen Signals, Fig. 4 shows another embodiment for generating a high-frequency optical signal,
Fig. 5 einen als Versuchsanordnung aufgebauten erfindungsgemäßen Generator, Fig. 5 shows a test arrangement constructed as a generator according to the invention,
Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel zur Erzeugung eines modulierten Mikrowellenträgers, Fig. 6 shows an embodiment for generating a modulated microwave carrier,
Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Erzeugung eines modulierten Mikrowellenträgers, Fig. 7 shows a further embodiment for generating a modulated microwave carrier,
Fig. 8 eine Darstellung des Einrastverhaltens des zweiten Lasers, Fig. 8 is an illustration of the Einrastverhaltens of the second laser,
Fig. 9 den Amplitudenverlauf des erzeugten optischen Signals und Fig. 9 shows the amplitude response of the generated optical signal, and
Fig. 10 den Frequenzverlauf. Fig. 10 shows the frequency response.
Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. In den als Blockschaltbilder ausgeführten Fig. 1 bis 7 sind optische Verbindungen in Form von Doppellinien und elektrische Verbindungen in Form von einzelnen Linien dargestellt.Identical parts are provided with the same reference symbols in the figures. In the executed as block diagrams Fig. 1 to 7 optical connections in the form of double lines and electrical connections in the form are represented by individual lines.
Bei allen dargestellten Ausführungsbeispielen wird das Ausgangssignal eines Lasers 1 mit externem Resonator über eine optische Einwegleitung 3 einem DFB-Laser 2 zugeleitet, so daß der Laser 1 als Mutter-Laser und der DFB-Laser 2 als Tochter-Laser betrieben wird. An der der Einkopplungs-Laser-Facette des Tochter-Lasers 2 gegenüberliegenden Seite wird das Ausgangssignal dieses Lasers ausgekoppelt und über eine weitere optische Einwegleitung 4 und einen Lichtleiter 5 einem photoelektrischen Wandler 6 zugeführt, an dem ein Sender 7 mit einer Antenne 8 angeschlossen ist.In all of the exemplary embodiments shown, the output signal of a laser 1 with an external resonator is fed via an optical one-way line 3 to a DFB laser 2 , so that the laser 1 is operated as the mother laser and the DFB laser 2 as the daughter laser. The output signal of this laser is coupled out on the side opposite the coupling-in laser facet of the daughter laser 2 and fed via a further optical one-way line 4 and an optical fiber 5 to a photoelectric converter 6 , to which a transmitter 7 with an antenna 8 is connected.
Die Funktion des in Fig. 1 dargestellten Generators wird im folgenden anhand der Fig. 6 bis 8 erläutert. Fig. 8 zeigt die Abhängigkeit des zum Einrasten des Tochter-Lasers 2 auf die Frequenz des Mutter-Lasers 1 erforderlichen Injektionsverhältnisses. Das Injektionsverhältnis Si/S ist das Verhältnis zwischen der Anzahl der injizierten Photonen zu der Anzahl der im Resonator des Tochter-Lasers 2 vorhandenen Photonen. Oberhalb der Kurve 24 rastet der Tochter-Laser auf die Frequenz des Mutter-Lasers ein. Je größer die Frequenzdifferenz ist, desto größer ist das zum Einrasten erforderliche Injektionsverhältnis.The function of the generator shown in FIG. 1 is explained below with reference to FIGS. 6 to 8. Fig. 8 shows the dependence of the required for latching the daughter laser 2 to the frequency of mother-injection laser 1 ratio. The injection ratio Si / S is the ratio between the number of injected photons to the number of photons present in the resonator of the daughter laser 2 . Above curve 24, the daughter laser locks onto the frequency of the mother laser. The greater the frequency difference, the greater the injection ratio required to snap into place.
Das Diagramm umfaßt einen Bereich des Injektionsverhältnisses von 0 bis 1 und einen Bereich der Frequenzdifferenz von -60 GHz bis +60 GHz bezogen auf die Frequenz des freilaufenden Tochter-Lasers von beispielsweise 200 THz, die durch eine gestrichelte senkrechte Linie bei d=0 dargestellt ist. Erfolgt nun eine Injektion mit einer Frequenz des Mutter-Lasers, die um -44 GHz kleiner als die Frequenz des freilaufenden Tochter-Lasers ist (siehe Linie 21) oder die um 38 GHz größer ist (Linie 22), so erfolgt kein Einrasten des Tochter-Lasers, wenn das Injektionsverhältnis kleiner als etwa 0,4 ist. Die sich einstellende Oszillationsfrequenz ist in beiden Fällen 40 GHz.The diagram covers an area of the Injection ratio from 0 to 1 and a range of Frequency difference from -60 GHz to +60 GHz related to the Frequency of the free-running daughter laser, for example 200 THz, indicated by a dashed vertical line d = 0 is shown. Now an injection is carried out with a Frequency of the mother laser, which is -44 GHz lower than that Frequency of the free-running daughter laser is (see line 21) or 38 GHz larger (line 22) no locking of the daughter laser if that Injection ratio is less than about 0.4. Which setting oscillation frequency is in both cases 40 GHz.
Der Tochter-Laser schwingt dann auf einer Frequenz, die geringfügig kleiner als die des freilaufenden Tochter-Lasers ist. Im Falle einer injizierten Frequenz 22 schwingt der Tochter-Laser mit der Frequenz 23, im Falle einer injizierten Frequenz 21 mit der Frequenz 29. Das Ausgangssignal mit dieser Frequenz ist - wie aus Fig. 9 ersichtlich - moduliert, und zwar mit einer Frequenz von 40 GHz, die etwa der Frequenzdifferenz d der freilaufenden Laser entspricht. Liegen die Frequenzdifferenz und das Injektionsverhältnis auf einem Punkt nahe der Grenze 24 des Einrastbereichs, so ergibt sich eine große Modulationstiefe von praktisch 100%, wie der Verlauf 25 der Amplitude A in Fig. 9 zeigt. Die Frequenz 23 des Tochter-Lasers ist dabei recht stabil und ändert sich nur geringfügig in den Zeitbereichen, wenn die Photonendichte im Laser 2 nahe bei null ist (Fig. 10, Kurve 26).The daughter laser then oscillates at a frequency that is slightly lower than that of the free-running daughter laser. In the case of an injected frequency 22, the daughter laser oscillates at the frequency 23 , in the case of an injected frequency 21 at the frequency 29 . As can be seen from FIG. 9, the output signal with this frequency is modulated, specifically with a frequency of 40 GHz, which corresponds approximately to the frequency difference d of the free-running lasers. If the frequency difference and the injection ratio lie at a point near the limit 24 of the snap-in area, there is a large modulation depth of practically 100%, as the curve 25 of the amplitude A in FIG. 9 shows. The frequency 23 of the daughter laser is quite stable and changes only slightly in the time ranges when the photon density in the laser 2 is close to zero ( FIG. 10, curve 26 ).
Entscheidend ist bei dem Signal 25, daß es äußerst geringes Phasenrauschen aufweist. Führt man nun dieses optische Signal dem photoelektrischen Wandler 6 (Fig. 1) zu, so liefert dieser ein Ausgangssignal mit der entsprechenden Frequenz und ebenfalls mit äußerst geringem Phasenrauschen. Dieses Signal kann dann im Sender 7 in geeigneter Weise moduliert und über die Antenne 8 abgestrahlt werden.It is crucial for the signal 25 that it has extremely low phase noise. If this optical signal is now fed to the photoelectric converter 6 ( FIG. 1), then this delivers an output signal with the corresponding frequency and also with extremely low phase noise. This signal can then be modulated in a suitable manner in the transmitter 7 and emitted via the antenna 8 .
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 erfolgt die Erzeugung des rauscharmen Signals wie bei dem Generator nach Fig. 1. Die Modulation mit einem bei 10 zugeführten Signal erfolgt jedoch bereits in einem optischen Modulator 9 auf der optischen Ebene. Das bereits modulierte optische Signal kann dann über ein optisches Leitungsnetz (in Fig. 2 durch eine einzelne Leitung 5 dargestellt) an gegebenenfalls mehrere photoelektrische Wandler 6 verteilt werden, an die jeweils ein Sender 7 und eine Antenne 8 angeschlossen ist.In the exemplary embodiment according to FIG. 2, the low-noise signal is generated as in the generator according to FIG. 1. However, the modulation with a signal supplied at 10 is already carried out in an optical modulator 9 on the optical level. The already modulated optical signal can then be distributed via an optical line network (represented by a single line 5 in FIG. 2) to optionally a plurality of photoelectric converters 6 , to which a transmitter 7 and an antenna 8 are each connected.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wird der Mutter-Laser 1 mit der Taktfrequenz eines bei 11 erzeugten digitalen Signals moduliert, mit dem das optische Ausgangssignal moduliert wird. Die Modulation des Mutter-Lasers 1, beispielsweise amplitudenmoduliert mit einem Hub von etwa 0,1% über den Injektionsstrom oder durch externe Intensitätsmodulation, hat Seitenbänder im Abstand der Frequenz des Taktsignals vom Träger 21 oder 22 (Fig. 8) zur Folge, wovon nur jeweils ein Seitenband 27, 28 in Fig. 8 dargestellt ist. Der Übersichtlichkeit halber wurden die Amplituden der Seitenbänder 27, 28 im Verhältnis zu den Amplituden der Träger 21, 22 vergrößert dargestellt. In the embodiment of FIG. 3 the master laser 1 is modulated with the clock frequency of a signal generated when the digital signal 11, with which the optical output signal is modulated. The modulation of the mother laser 1 , for example amplitude-modulated with a stroke of approximately 0.1% above the injection current or by external intensity modulation, results in sidebands at a distance from the frequency of the clock signal from the carrier 21 or 22 ( FIG. 8), of which only one side band 27 , 28 is shown in FIG. 8. For the sake of clarity, the amplitudes of the sidebands 27 , 28 have been shown enlarged in relation to the amplitudes of the supports 21 , 22 .
Da in der Nähe der Frequenz des freilaufenden Tochter-Lasers 2 eine äußerst geringe Injektion genügt, um den Tochter-Laser einzurasten, wird nur ein geringer Modulationsgrad des Mutter-Lasers benötigt, um ein Einrasten des Tochter-Lasers auf das jeweilige Seitenband 27 oder 28 zu bewirken. Damit kann das Ausgangssignal des Tochter-Lasers 2 synchron moduliert werden, das heißt, von den in Fig. 7 dargestellten Wellen können je nach Informationsgehalt des Modulationssignals einzelne vom Modulator 9 unterdrückt oder hindurchgelassen werden. Das vorhandene Phasenrauschen, das in der Quelle 11 für das Modulationssignal und das Taktsignal entsteht, hat nur einen geringen Einfluß auf die Kurvenform des modulierten Signals.Since, in the vicinity of the frequency of the free-running daughter laser 2, an extremely small injection is sufficient to lock the daughter laser in, only a small degree of modulation of the mother laser is required to lock the daughter laser onto the respective side band 27 or 28 to effect. The output signal of the daughter laser 2 can thus be modulated synchronously, that is, depending on the information content of the modulation signal, individual waves of the waves shown in FIG. 7 can be suppressed or let through by the modulator 9 . The phase noise present, which arises in the source 11 for the modulation signal and the clock signal, has only a slight influence on the curve shape of the modulated signal.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Laser 1, 2 so betrieben, wie es im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 bereits erläutert wurde. Der Mutter-Laser 1 ist dabei nicht moduliert. Das Ausgangssignal des Tochter-Lasers 2 wird jedoch außer dem Modulator 9 auch einem Taktgenerator 12 zugeführt, wo es zur Ableitung eines Taktsignals für die Quelle 13 für das Modulationssignal genutzt wird. Wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 kann das modulierte Signal über Lichtleiter 5 verteilt werden.In the exemplary embodiment shown in FIG. 4, the lasers 1 , 2 are operated as has already been explained in connection with FIGS. 1 and 2. The mother laser 1 is not modulated. However, in addition to the modulator 9 , the output signal of the daughter laser 2 is also fed to a clock generator 12 , where it is used to derive a clock signal for the source 13 for the modulation signal. As in the exemplary embodiment according to FIG. 3, the modulated signal can be distributed via light guides 5 .
Fig. 5 zeigt ebenfalls als Blockschaltbild eine Versuchsanordnung, die gegenüber den Ausführungsbeispielen um einige Lichtleiter, einen Verstärker 14, einen Polarisator 15, einen Richtkoppler 16, einen optischen Spektrumanalysator 17 und einen elektrischen Spektrumanalysator 18 erweitert ist. Der Polarisator 15 dient lediglich dazu, die in den vorgeschalteten Lichtleitern 5 erfolgte Depolarisierung aufzuheben. Bei den Ausführungsbeispielen ist ein solcher Polarisator nicht vorgesehen, da dort polarisations-erhaltende Lichtleiter verwendet werden. Mit Hilfe des Richtkopplers 16 wird das Ausgangssignal des Tochter-Lasers 2 dem optischen und über den photoelektrischen Wandler 6 auch dem elektrischen Spektrumanalysator zugeführt. Damit können gleichzeitig sowohl das optische Spektrum als auch das elektrische Spektrum des Ausgangssignals des Tochter-Lasers 2 gemessen werden. Eine PIN-Photodiode dient als photoelektrischer Wandler und weist eine Bandbreite von 45 GHz auf. Fig. 5 also shows a block diagram of a test arrangement which is extended compared with the exemplary embodiments a few light guide, an amplifier 14, a polarizer 15, a directional coupler 16, an optical spectrum analyzer 17 and an electrical spectrum analyzer 18th The polarizer 15 only serves to cancel the depolarization that has taken place in the upstream light guides 5 . Such a polarizer is not provided in the exemplary embodiments, since polarization-maintaining light guides are used there. With the aid of the directional coupler 16 , the output signal of the daughter laser 2 is fed to the optical spectrum analyzer and, via the photoelectric converter 6, also to the electrical spectrum analyzer. Both the optical spectrum and the electrical spectrum of the output signal of the daughter laser 2 can thus be measured simultaneously. A PIN photodiode serves as a photoelectric converter and has a bandwidth of 45 GHz.
Bei einem Vorstrom des 2,7-fachen des Schwellenstroms des Tochter-Lasers 2 und bei einem Verhältnis von injizierter Leistung zur Leistung des Tochter-Lasers 2 von 0,1 bis 0,5 ist der Einrastbereich etwa 10 GHz bis 30 GHz breit, wenn die Mutter-Laserfrequenz größer als die Tochter-Laserfrequenz ist. Wenn unter diesen Bedingungen die Frequenzdifferenz der beiden Laser größer als der Einrastbereich gewählt wird, entstehen zwei getrennte Spektrallinien am Ausgang des Tochter-Lasers. Diese beiden Frequenzen erzeugen das optische Ausgangssignal. Hierbei ist die entstehende Frequenz nicht gleich der Differenzfrequenz der beiden freilaufenden Laser, wie es bereits anhand von Fig. 8 erläutert wurde. Die Ursache dafür ist eine Änderung (Ziehen) der mittleren optischen Frequenz des Tochter-Laser-Feldes durch die Injektion. Sowohl für positive als auch negative Frequenzdifferenzen (Detuning) werden Oszillationsfrequenzen des Ausgangssignals des Tochter-Lasers von 7 GHz bis 45 GHz mit einer schnellen Photodiode gemessen, was bei der in Fig. 5 dargestellten Versuchsanordnung lediglich durch die Bandbreite der PIN-Photodiode 6 begrenzt ist. Die Linienbreite an den (-3dB)-Punkten liegt unterhalb 100 kHz, wenn der Mutter-Laser ein ELC ist.With a bias current of 2.7 times the threshold current of the daughter laser 2 and a ratio of injected power to the power of the daughter laser 2 of 0.1 to 0.5, the latching range is about 10 GHz to 30 GHz if the mother laser frequency is greater than the daughter laser frequency. If, under these conditions, the frequency difference between the two lasers is chosen to be larger than the snap-in range, two separate spectral lines are created at the output of the daughter laser. These two frequencies produce the optical output signal. The resulting frequency is not the same as the difference frequency of the two free-running lasers, as has already been explained with reference to FIG. 8. The reason for this is a change (pulling) of the mean optical frequency of the daughter laser field by the injection. Both for positive and negative frequency differences (detuning), oscillation frequencies of the output signal of the daughter laser from 7 GHz to 45 GHz are measured with a fast photodiode, which in the experimental arrangement shown in FIG. 5 is only limited by the bandwidth of the PIN photodiode 6 . The line width at the (-3dB) points is below 100 kHz if the mother laser is an ELC.
Der Beweis dafür, daß das Phasenrauschen reduziert wird, wird bei der Versuchsanordnung nach Fig. 5 durch folgende Messung erbracht: Wird der Strahlengang hinter dem optischen Verstärker 14 am Ausgang des Mutter-Lasers 1 unterbrochen und wird dieser Ausgang mit dem Anschluß 19 des Richtkopplers 16 verbunden, so kann auf dem elektrischen Spektrumanalysator 17 die normale Überlagerung der beiden freilaufenden Laser beobachtet werden. Die gemessene Linienbreite ist dann in diesem Fall 2,2 MHz, was in guter Näherung der Linienbreite des Tochter-Lasers 2 entspricht, da die Linienbreite des Mutter-Lasers 1 etwa nur 100 kHz bis 150 kHz beträgt.5 proves that the phase noise is reduced by the following measurement: If the beam path behind the optical amplifier 14 is interrupted at the output of the mother laser 1 and this output is connected to the connector 19 of the directional coupler 16 connected, the normal superimposition of the two free-running lasers can be observed on the electrical spectrum analyzer 17 . The measured line width in this case is 2.2 MHz, which corresponds to a good approximation to the line width of the daughter laser 2 , since the line width of the mother laser 1 is approximately only 100 kHz to 150 kHz.
Auf diese Weise wird deutlich, daß dadurch, daß das Licht des Mutter-Lasers gemeinsam mit dem Tochter-Laser-Licht durch den Resonator des Tochter-Lasers läuft, die gegenseitige Kohärenz wächst. Dieses führt zu einer geringeren Linienbreite der Oszillationsfrequenz, da beide Wellenfelder an das gleiche Reservoir von Ladungsträgern angekoppelt werden. Die Ladungsträger in diesem gemeinsamen Reservoir beeinflussen den Brechungsindex des Resonators und damit die Phasen beider Felder gemeinsam. Eine solche Korrelation ist für die beobachtete größere gegenseitige Kohärenz verantwortlich. Messungen mit Hilfe eines elektronischen Spektrumanalysators ergeben Linienbreiten der Oszillationsfrequenz von 600 Hz. Dieser geringe Wert ist aber nur durch die Eigenschaften des Generators bedingt, der im Mutter-Laser die Seitenbänder erzeugt.In this way it becomes clear that the fact that the light of the mother laser together with the daughter laser light runs through the resonator of the daughter laser that mutual coherence grows. This leads to one smaller line width of the oscillation frequency since both Wave fields at the same reservoir of charge carriers be coupled. The charge carriers in this common Reservoir influence the refractive index of the resonator and so the phases of both fields together. Such Correlation is mutual for the observed larger Coherence responsible. Measurements using a electronic spectrum analyzer result in line widths of Oscillation frequency of 600 Hz. This is a low value but only due to the properties of the generator, the the sidebands are generated in the mother laser.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 ist als Mutter-Laser ein DFB-Laser 1′ vorgesehen, der von einer Quelle 30 über ein analoges elektrisches frequenz- oder phasenmoduliertes Signal angesteuert wird. Diese direkte Modulation des Lasers 1′ wird in ein entsprechendes optisches Signal umgewandelt und in den Tochter-Laser 2 injiziert. Dementsprechend erzeugt der Tochter-Laser 2 ein optisches Mikrowellensignal mit derselben Modulation, das über Glasfasern übertragen werden kann. In the embodiment of FIG. 6, a DFB laser 1 'is provided as the mother laser, which is controlled by a source 30 via an analog electrical frequency or phase-modulated signal. This direct modulation of the laser 1 'is converted into a corresponding optical signal and injected into the daughter laser 2 . Accordingly, the daughter laser 2 generates an optical microwave signal with the same modulation, which can be transmitted via glass fibers.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 umfaßt ebenfalls eine Modulation des Ausgangssignals des Mutter-Lasers 1′, also des injizierten Signals. Es wird jedoch ein externer optischer Modulator 9′ angewendet. Je nach Stärke der Amplituden-Phasenkopplung kann nur eine Amplitudenmodulation oder auch eine Phasen- bzw. Frequenzmodulation erfolgen. Außerdem kann mit Hilfe des externen optischen Modulators 9′ auch eine Modulation mit einer für das Einrasten des Tochter-Lasers 2 auf das Seitenband, wie es im Zusammenhang mit Fig. 8 beschrieben wurde, durchgeführt werden.The embodiment of FIG. 7 also includes a modulation of the output signal of the mother laser 1 ', that is, the injected signal. However, an external optical modulator 9 'is used. Depending on the strength of the amplitude-phase coupling, only an amplitude modulation or a phase or frequency modulation can take place. In addition, with the help of the external optical modulator 9 ', a modulation can be carried out with one for snapping the daughter laser 2 onto the side band, as was described in connection with FIG. 8.
Die Modulation mit dem letztlich zur Übertragung vorgesehenen Modulationssignal kann analog oder digital erfolgen. Durch die Modulation gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 wird ein äußerst phasenstabiler optischer Träger erzeugt, der eine analoge oder digitale Modulation enthält. Die externe Amplitudenmodulation kann hierbei in eine Frequenz- oder Phasenmodulation umgesetzt werden.The modulation with the modulation signal ultimately intended for transmission can take place in analog or digital form. The modulation according to the exemplary embodiment according to FIG. 7 produces an extremely phase-stable optical carrier which contains an analog or digital modulation. The external amplitude modulation can be converted into frequency or phase modulation.
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